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1、实验十二 传感器的简单使用,实验基础,命题研析,实验基础 落实基础提炼精髓,一、研究热敏电阻的热敏特性,二、研究光敏电阻的光敏特性,注意事项 1.在做热敏电阻实验时,加热水后要等一会儿再测其阻值, 以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温. 2.在做光敏电阻实验时,如果效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度. 3.欧姆表每次换挡后都要重新调零.,命题研析 突破常规注重创新,命题点一 常规实验,【典例1】 (2019福建龙岩模拟)某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性.现有器材:直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电
2、阻、保温容器、温度计、开关和导线等. (1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性,请你在如图(甲)所示的实物图上连线.,解析:(1)直流恒流电源在正常工作状态下输出的电流恒定,故只需要将电压表与电阻并联测量出电压即可,实物图连线如图.,答案:(1)见解析,(2)实验的主要步骤: 正确连接电路,在保温容器中注入适量冷水,接通电源,调节并记录电源输出的电流值; 在保温容器中添加少量热水,待温度稳定后,闭合开关, , ,断开开关; 重复第步操作若干次,测得多组数据.,答案:(2)记录电压表电压值 温度计示数,解析:(2)本实验要测量电阻值和温度值的关系.电阻要用欧姆定律计算,由于电流恒定且
3、已知,故需测量电压和温度.,(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值,并据此绘得如图(乙)所示的R-t关系图线,请根据图线写出该热敏电阻的R-t关系式R= + t ().(保留三位有效数字),答案:(3)100 0.400,解析:(3)从图中取相距较远的两个特殊点, 代入R=R0+kt计算,有120=R0+50k 104=R0+10k 解得R0=100 ,k=0.400 故该热敏电阻的R-t关系式为R=100+0.400t .,方法技巧,解决传感器实验的主要方法,(1)在高中阶段关于传感器的实验主要侧重于实验电路的设计与连接、实验数据的处理或根据实验数据画图像. (2)实验电路一般采用滑
4、动变阻器的分压或限流,电流表的内接或外接. (3)数据的处理一般是图像法,要充分利用好实验得到的数据获得实验结果. (4)连接实物图时,一般先将串联的主体电路连接好,然后连接并联的器材,最后一定要进行检查.,题组训练,1.(2019江苏南通模拟)(多选)如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图,图中虚线表示激光,圆柱体表示随传送带运动的货物,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是( ) A.当光照射R1时,信号处理系统获得高电压 B.当光照射R1时,信号处理系统获得低电压 C.信号处理系统每获一次低电压就计数一次 D.信号处理系统每获一次高电压就计数一次,BD,解析:激光
5、照在光敏电阻R1上,信号处理系统与R1并联,其电压就是R1两端的电压,当货物挡光时R1阻值大,电压高,货物挡光一次,就计数(货物的个数)一次,所以B,D正确,A,C错误.,2.(2019湖北高三调考)电阻应变式称重传感器的工作原理如下:弹性体在外力作用下发生弹性形变,使粘贴在其表面的电阻应变片也发生形变,同时引起阻值的变化,再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号,从而将外力变换为电信号.电阻应变式称重传感器的结构如图(a)所示,弹性体的一端固定,另一端安装测力钩,在它的上下表面共粘贴4个应变片R1,R2,R3,R4.测量电路图如图(b)所示,未发生形变时,应变片的阻值均为R=800 ,当
6、弹性体受到向上的拉力作用发生形变时,上表面压缩,R1,R2阻值变小,下表面拉伸,R3,R4阻值增大.已知每个应变片阻值的变化量R与拉力F的变化规律均为R=kF,其中k=5 /N;电路中电源电动势E=8.0 V,内阻不计.,完成下列填空:(1)当测力钩不受拉力时,图(b)中UAB= . (2)当向上施加拉力时,UAB 0 (选填“”“”或“=”).,解析:(1)当测力钩不受拉力时,四个电阻的阻值均相等,则图(b)中UAB=0. (2)当向上施加拉力时,R1,R2阻值变小,R3,R4阻值增大,此时R1两端的电压减小,则A点电势升高;R3两端的电压变大,则B点电势降低,则UAB0.,答案:(1)0
7、(2),(3)若电压表的示数为1.0 V,则该传感器受到的力的大小为 N.,答案:(3)20,命题点二 创新实验,【典例2】 (2017江苏卷,11)某同学通过实验制作一个简易的温控装置,实验原理电路图如图(甲)所示,继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当继电器的电流超过15 mA时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控.继电器的电阻约为20 ,热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示,(1)提供的实验器材有:电源E1(3 V,内阻不计)、电源E2(6 V,内阻不计)、滑动变阻器R1(0200 )、滑动变阻器R2(0500 )、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0999.9 )
8、、开关S、导线若干. 为使该装置实现对3080 之间任一温度的控制,电源E应选用 (选填“E1”或“E2”),滑动变阻器R应选用 (选填“R1”或“R2”).,答案:(1)E2 R2,(2)实验发现电路不工作.某同学为排查电路故障,用多 用电表测量各接点间的电压,则应将如图(乙)所示的选 择开关旋至 (选填“A”“B”“C”或“D”). (3)合上开关S,用调节好的多用电表进行排查,在图(甲)中, 若只有b,c间断路,则应发现表笔接入a,b时指针 (选填“偏转”或“不偏转”),接入a,c时指针 (选填“偏转”或“不偏转”).,解析:(2)要用多用电表的直流电压挡检测故障,应将选择开关旋至C.(
9、3)如果只有b,c间断路,说明b点与电源的负极间没有形成通路,a,b间的电压为零,电表接在a,b间时,指针不偏转;c点与电源的负极间形成通路,a与电源的正极相通,a,c间有电压,因此两表接入a,c间时指针发生偏转.,答案:(2)C (3)不偏转 偏转,(4)排除故障后,欲使衔铁在热敏电阻为50 时被吸合,下列操作步骤正确顺序是 .(填写各步骤前的序号) 将热敏电阻接入电路 观察到继电器的衔铁被吸合 断开开关,将电阻箱从电路中移除 合上开关,调节滑动变阻器的阻值 断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至108.1 ,解析:(4)排除故障后,欲使衔铁在热敏电阻为 50 时被吸合,应先断开开关,用
10、电阻箱替换热敏电阻,并将阻值调至 108.1 ,合上开关,调节滑动变阻器的阻值,直至观察到继电器的衔铁被吸合,这时断开开关,将电阻箱从电路中移除,将热敏电阻接入电路.因此操作步骤的正确顺序是.,答案:(4),【创新/改进点分析】,1.考查方式的创新:不再研究热敏电阻的特性,而是利用热敏电阻的特性将热敏电阻与继电器组成温度控制装置,来考查传感器的原理、多用电表的使用等. 2.设问方式的创新:利用多用电表的电压挡,进行电路的故障排查.,【典例3】 (2016全国卷,23)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 时,系统报警.提供的器材有:热敏电阻、报警器(内阻很小
11、,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为 999.9 ),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为 1 000 ),滑动变阻器R2(最大阻值为 2000),单刀双掷开关一个,导线若干. 在室温下对系统进行调节,已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 时阻值为650.0 .,(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线.,解析:(1)报警系统电路连线如图所示.,答案:(1)见解析,(2)电路中应选用滑动变阻器 (填“R1”或“R2”).,答案:(2)R2,(3)按照下列步骤
12、调节此报警系统: 电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为 ;滑动变阻器的滑片应置于 (填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 . 将开关向 (填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至 . (4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用.,答案:(3)650.0 b 接通电源后,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏 c 报警器开始报警,解析:(3)电路接通前,电阻箱电阻应与热敏电阻的临界阻值一致,即为650.0 ,滑动变阻器滑片应置于b端附近,若滑片置于a端,电路接通后电流会超过20 mA,报警器可能损
13、坏. 将开关向c端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,使报警器开始报警.,【创新/改进点分析】,1.考查方式的创新:利用热敏电阻的特性,组成由热敏电阻控制的报警系统,考查实物电路图的连接、器材选取、实验步骤等. 2.实验原理的改进:用电阻箱来等效替代具体温度下的热敏电阻.,题组训练,1.(2018江西新余二模)某课外活动小组自制了一台称重电子秤,其原理结构如图(甲)所示,R0为定值电阻;R是压敏电阻,其阻值随所受压力F的变化而变化,变化范围大约为几欧到几十欧,通过电压表的读数可以知道压力大小.若要想电子秤正常工作,首先通过实验探究压敏电阻阻值和F大小的关系,于是课外小组又设计了如图(乙)所示的探究
14、压敏电阻阻值和F大小关系的实验电路.图(乙)电路中由下列主要实验器材进行选择: A.电源E(3 V,内阻忽略不计); B.电流表A1(0.3 A,内阻r1=10 ); C.电流表A2(0.6 A,内阻约为1 ); D.电压表V(15 V,内阻约为5 k); E.开关S,定值电阻R1.,(1)为了比较准确测量电阻R,请完成图(乙)虚线框里两电表的选择(填电表代号).,解析:(1)由于实验要求准确测量压敏电阻阻值,而电压表内阻为不确定值,所以不能应用电压表;由于电流表A1的内阻为确定值并且电流表A2的量程大于A1的量程,所以应将电流表A1与压敏电阻并联后再与电流表A2串联,电路如图;,答案:(1)
15、见解析,(2)图(乙)中,在电阻R上施加竖直向下的力F,闭合开关S,记录各个电表读数,得出R= ,表达式中需要测量的各字母的物理意义为 .,(3)图(乙)所示电路中,改变力的大小,得到不同的R值,得到如图(丙)所示的R-F图像,写出R和F的关系式 R= .,答案:(3)16-2F(),(4)若(甲)图所示的电路中,在压敏电阻R上水平放置一个重力为1.0 N的托盘,在托盘上放一重物,电源电动势E=9.0 V,电源内阻r=1.0 ,R0=5.0 ,闭合开关,电压表示数为5.0 V,则重物的重力为 N.,答案:(4)5.5,2.(2019湖北黄石模拟)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等.
16、如图(甲)所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线.,(1)实验室提供的器材有:电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围 00 )、滑动变阻器B(阻值范围 0100 )、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干.该同学做实验时,滑动变阻器选用的是 (选填“A”或“B”);请在图(乙)的方框中画出该实验的电路图.,解析:(1)为方便实验操作,滑动变阻器可以选A;小灯泡电阻较小,电流传感器应采用外接法,描绘小灯泡伏安特性曲线,电压与电流应从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法,如图(a)所示.,答案:(1)A 实验电路图见解析,(2)如果将该小灯泡接入图(丙)所示的电路中,已知电流 传感器的示数为0.3 A,电源电动势为3 V.则此时小灯泡 的电功率为 W,电源的内阻为 .,答案:(2)0.69(0.660.72均可) 2.33(2.002.67均可),点击进入 综合检测,